一種應用於火力發電機組的太陽能集熱儲能回熱加熱裝置的製作方法

2023-05-15 18:47:36

專利名稱：一種應用於火力發電機組的太陽能集熱儲能回熱加熱裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及火力發電機組節能減排領域，具體涉及一種應用於火力發電機組 的太陽能集熱儲能回熱加熱裝置。
背景技術：
火力發電是利用化石燃料在鍋爐中燃燒產生的熱量生產過熱蒸汽，並用於汽輪發 電機組發電的發電技術；其發電效率可達40%。目前在我國電源結構中，火電設備容量佔 總裝機容量的75%以上，估計2050年前我國煤電佔發電量的比例將一直維持在70%以上。 在煤炭資源日益消耗、電煤供應日益緊張、環境壓力日益增大的嚴峻形勢下，加強研究解決 燃煤發電機組節能、減排問題已成為保障我國經濟可持續發展的關鍵問題之一。現代火力發電機組由燃煤鍋爐、汽輪機、發電機、凝汽器、凝結水泵、低壓加熱器、 除氧器、給水泵、高壓加熱器等組成。一般配置三個高壓加熱器、四個低壓加熱器。加熱器的 作用是利用汽輪機的抽汽加熱主凝結水，提高鍋爐的給水溫度，降低鍋爐中的換熱溫差， 提高發電效率。每個加熱器利用一段汽輪機的回熱抽汽作加熱介質。若能利用外部熱源加 熱主凝結水，在保證鍋爐給水溫度的前提下，減少部分汽輪機的回熱抽汽，將使單位工質的 做功能力提高，減少單位發電的煤耗量。近年來，太陽能以其獨具的普遍性、開發利用的清潔性，使許多發達國家都把太陽 能等可再生能源從原來的補充能源上升到戰略替代能源的地位。太陽能熱發電是太陽能利 用中的重要項目，太陽能熱發電主要包括三類槽式熱發電系統、碟式熱發電系統和塔式熱 發電系統。槽式熱發電系統是目前最成熟、成本最低的太陽能熱發電技術，全球已有多家商 業化運行的槽式電站。碟式熱發電系統和塔式熱發電系統的聚光比高，容易達到較高的工 作溫度，接收器散熱面積相對較小，可以得到較高的光熱轉換效率和發電效率，但是這兩類 電站的投資成本較高，其推廣應有還需要一段時間。
發明內容本實用新型的目的在於克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種應用於火力發 電機組的太陽能集熱儲能回熱加熱裝置，用於生產合乎要求的蒸汽，並替換火電機組中的 某一級回熱抽汽，減少火電機組的發電煤耗率和CO2排放量。本實用新型的目的是這樣實現的在不改變原有火力發電機組熱力系統結構的基礎上，通過少量的切換閥門操作， 利用太陽能集熱場生產的蒸汽替換某臺加熱器的回熱抽汽，通過減少汽輪機的回熱抽汽 量，使汽輪機在同樣的發電功率下少耗新蒸汽，從而減少工質在鍋爐中的吸熱量，使單位發 電的煤耗量降低，實現火電機組節能減排的目標。考慮到太陽能場需要一定的佔地面積，同時要保證汽輪機工作在最佳的狀況，不 宜對過多的加熱器的加熱蒸汽進行替換。可根據對火電機組各加熱器所利用的回熱抽汽的 溫度水平分析，選取某一級加熱器的回熱抽汽進行替換。[0009]本實用新型由太陽能集熱場、油泵、換熱器、蓄熱器、閥門組成，其特徵在於1、太陽能集熱場可採用拋物面槽式太陽能集熱場、拋物碟式太陽能集熱場或塔式 太陽能場；2、太陽能場採用二迴路方案，利用導熱介質吸收太陽能的輻射能量，再利用導熱 介質在換熱器中加熱蒸汽；3、為保證蒸汽供應的穩定性，太陽能場具有一定的儲熱能力，在太陽能輻射能量 充足時將多餘的能量儲存在蓄熱器中，當太陽能輻射能量不足時，蓄熱器放出熱量，彌補太 陽能輻射能量的不足；5、太陽能場的吸熱工質採用導熱油，蓄熱器的蓄熱介質可採用導熱油或硝酸鹽；6、太陽能場生產蒸汽的工質來源於給水泵中間抽頭；7、機組現有回熱抽汽與太陽能場生產蒸汽通過閥門進行切換，在輻射能量滿足要 求時切換為太陽能場供應加熱器的加熱蒸汽，否則仍由原機組汽輪機的回熱抽汽供應加熱 器的加熱蒸汽。具體地說，本實用新型設置有太陽能集熱儲能回熱加熱裝置，其應用對象為火力發電機組； 太陽能集熱儲能回熱加熱裝置和火力發電機組相互連接；太陽能集熱儲能回熱加熱裝置包括換熱器、油泵、太陽能集熱場、蓄熱器、切換閥；換熱器、油泵、太陽能場、蓄熱器和換熱器前後依次閉環連接，換熱器的工質輸入 端與火力發電機組給水泵的中間抽頭連接；換熱器的工質輸出端與火力發電機組的某一級 回熱抽汽管道連接。本實用新型的有益效果包括1、在不改變火電機組系統結構的情況下，利用太陽能集熱場生產的蒸汽替換某臺 加熱器對應的回熱抽汽，將使汽輪機的回熱抽汽量減少，使Ikg新蒸汽的做功能力增加，因 此在滿足相同發電功率的情況下，可使汽輪機的新蒸汽量減少，即降低燃煤鍋爐的熱負荷， 從而降低發電機組的煤耗量，實現燃煤機組的節能減排。2、充分利用現有成熟的太陽能集熱技術，用於生產滿足火電機組回熱加熱器需求 的加熱蒸汽，減少了汽輪機的回熱抽汽量，將太陽能熱量應用於發電效率較高的火電機組 中，減少了單純太陽能發電站的動力部分投資。3、太陽能集熱場考慮了一定的蓄熱能力，可在太陽能集熱儲能回熱加熱裝置投運 期間保證太陽能場生產蒸汽參數的穩定性，可有效提高太陽能集熱儲能回熱加熱系統的投用率。4、實現了利用太陽能生產蒸汽對汽輪機某級抽汽的全部替換，避免了僅替換汽輪 機某級抽汽的一部分帶來的節流損失，具有較好的經濟效益。總之，本實用新型可在不改變原有火電機組熱力系統結構的基礎上，通過少量的 切換閥門操作，為回熱加熱器提供合乎品質的加熱蒸汽，使火電機組的發電煤耗率降低，實 現了火電機組節能減排的目標。

圖1是本實用新型第一種結構示意圖；[0027]圖2是本實用新型第二種結構示意圖；圖3是本實用新型第三種結構示意圖。其中A-火力發電機組，1-燃煤鍋爐，2-汽輪機高壓缸，3-汽輪機中壓缸，4-汽輪機低壓缸，5-發電機，6、7、8_第1、2、3高壓加熱器，9-給水泵，10-除氧器，11、12、13、14_ 第 1、2、3、4 低壓加熱器，15-凝結水泵，16-凝汽器；B-太陽能集熱儲能回熱加熱裝置，17-換熱器，18-油泵，19-太陽能場，20-蓄熱器，21-第1切換閥，22-第2切換閥。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例詳細說明一、本實用新型的結構如圖1、2、3，本實用新型的應用對象是火力發電機組A，本實用新型設置有太陽能 集熱儲能回熱加熱裝置B ；太陽能集熱儲能回熱加熱裝置B和火力發電機組A相互連接。1、火力發電機組A火力發電機組A包括燃煤鍋爐1，汽輪機高壓缸2，汽輪機中壓缸3，汽輪機低壓缸 4，發電機5、第1、2、3高壓加熱器6、7、8，給水泵9，除氧器10，第1、2、3、4低壓加熱器11、 12、13、14，凝結水泵15和凝汽器16 ；其連接關係是燃煤鍋爐1，汽輪機高壓缸2，汽輪機中壓缸3，汽輪機低壓缸4，發電機5，前後依次 連接；汽輪機低壓缸4，凝汽器16，凝結水泵15，第4、3、2、1低壓加熱器14、13、12、11，除 氧器10，給水泵9，第3、2、1高壓加熱器8、7、6和燃煤鍋爐1前後依次連接；汽輪機高壓缸2分別與第1、2高壓加熱器6、7連接；汽輪機中壓缸3分別與第3高壓加熱器8和除氧器10連接；
5[0059]汽輪機低壓缸4分別與第1、2、3、4低壓加熱器11、12、13、14連接。火力發電機組A的生產過程為給水在燃煤鍋爐1中吸熱煙氣的熱量，被加熱成過熱蒸汽後，依次進入汽輪機的 高壓缸2、中壓缸3和低壓缸4中作功，帶動發電機5發電；低壓缸4的排汽在凝汽器16中 被凝結成水，該凝結水經凝結水泵15依次送往串聯的第4、3、2、1低壓加熱器14、13、12、11 和除氧器10中逐級加熱後，經給水泵9依次送往串聯的第3、2、1高壓加熱器8、7、6中逐級 加熱，達到規定給水溫度後重新進入燃煤鍋爐1中。其中，高壓缸2的排汽先進入燃煤鍋爐 1中加熱後，再進入中壓缸3中繼續作功。第1、2、3、4低壓加熱器11、12、13、14，除氧器10和第1、2、3高壓加熱器6、7、8的 加熱蒸汽來自汽輪機高壓缸2、汽輪機中壓缸3或汽輪機低壓缸4的回熱抽汽。2、太陽能集熱儲能回熱加熱裝置B1)總體太陽能集熱儲能回熱加熱裝置B包括換熱器17、油泵18、太陽能場19、蓄熱器20、 第1切換閥21和第2切換閥22;換熱器17、油泵18、太陽能集熱場19、蓄熱器20和換熱器17前後依次閉環連接， 換熱器17的工質輸入端和火力發電機組A的給水泵9的中間抽頭連接，換熱器17的工質 輸出端與火力發電機組A的某一級回熱抽汽管道連接。a、圖1所示的實施例中，換熱器17的工質輸出端分別通過第1、2切換閥21、22與 火力發電機組A的第2高壓加熱器7的回熱抽汽管道、第1低熱加熱器11的回熱抽汽管道 連接；b、圖2所示實施例中，換熱器17的工質輸出端通過第1切換閥21與火力發電機 組A的第2高壓加熱器7的回熱抽汽管道連接；c、圖3所示實施例中，換熱器17的工質輸出端通過第2切換閥22與火力發電機 組A的第1低熱加熱器11的回熱抽汽管道連接。本實用新型的工作過程為首先利用太陽能場19加熱傳熱介質，再利用傳熱介質在換熱器17中加熱水，生產 蒸汽，或送入蓄熱器20儲能。傳熱介質經油泵18送往太陽能場19吸收太陽輻射能，傳熱介質溫度提高後，進入 換熱器17中加熱蒸汽，之後經油泵18循環進入太陽能場19 ；在太陽能輻射能量充足時將 多餘的能量儲存在蓄熱器20中，當太陽能輻射能量不足時，蓄熱器20放出熱量，彌補太陽 能輻射能量的不足。從給水泵9的中間抽頭抽出一部分水，進入換熱器17中加熱成為過熱蒸汽，用於 對火力發電機組A的某一級加熱器的回熱抽汽進行替換。a、圖1所示的實施例中，換熱器17生產的過熱蒸汽通過第1切換閥21和第2切 換閥22進行切換，分別送往高壓加熱器7和低壓加熱器11 ；在太陽輻射能量充足時，換熱 器17中產生的蒸汽經第1切換閥21送往高壓加熱器7，同時停用高壓加熱器7的回熱抽 汽；在太陽能輻射能量較小時，則將換熱器17中產生的蒸汽經第2切換閥22送往低壓加熱 器11，同時停用低壓加熱器11的回熱抽汽。b、圖2所示的實施例中，換熱器17生產的過熱蒸汽通過第1切換閥21送往高壓加熱器7作為加熱蒸汽，同時停用高壓加熱器7的回熱抽汽。c、圖3所示的實施例中，換熱器17生產的過熱蒸汽通過第2切換閥22送往低壓 加熱器11作為加熱蒸汽，同時停用低壓加熱器11的回熱抽汽。2)功能部件①換熱器17換熱器17採用表面式換熱器，來自太陽能集熱場的傳熱介質在管內流過，來自給 水泵中間抽頭的被加熱水在管外流過並被加熱成合乎要求的過熱蒸汽。②油泵18油泵18用於實現傳熱介質的輸送，根據壓頭及流量需要選取相應的油泵型號。③太陽能場19太陽能場19可根據需要達到的加熱溫度、投資成本等，採用槽式太陽能集熱場、 碟式太陽能集熱場或塔式太陽能集熱場。④蓄熱器20蓄熱器20可採用雙罐式蓄熱系統，也可採用斜溫層單罐蓄熱系統。雙罐蓄熱介質 可採用導熱油或硝酸鹽，單罐蓄熱介質可採用熔融鹽液。⑤第1切換閥21和第2切換閥22第1切換閥21和第2切換閥22可選用電動閥。二、本實用新型的試驗計算結果以某亞臨界300MW機組為例，在使用本實用新型後的節煤效果及減排效果預測見 表1。表1中給出了圖2及圖3所示的實施方案的節煤減排情況。圖1實施方案的節煤減 排情況為太陽能場生產的蒸汽供高壓加熱器7使用時同圖2實施方案；太陽能場生產的 蒸汽供低壓加熱器11使用時同圖3實施方案。
表1圖1、圖2、圖3的實施例中給出的均是採用槽式太陽能場進行集熱的方案。但本實 用新型的太陽能場並不限於此，還可採用碟式太陽能集熱場或塔式太陽能集熱場的方案。
權利要求一種應用於火力發電機組的太陽能集熱儲能回熱加熱裝置，其應用對象為火力發電機組(A)；其特徵在於設置有太陽能集熱儲能回熱加熱裝置(B)；太陽能集熱儲能回熱加熱裝置(B)和火力發電機組(A)相互連接；所述的太陽能集熱儲能回熱加熱裝置(B)包括換熱器(17)、油泵(18)、太陽能集熱場(19)、蓄熱器(20)、第1切換閥(21)；換熱器(17)、油泵(18)、太陽能集熱場(19)、蓄熱器(20)和換熱器(17)前後依次閉環連接，換熱器(17)的工質輸入端與火力發電機組(A)的給水泵(9)的中間抽頭連接，換熱器(17)的工質輸出端與火力發電機組(A)的某一級回熱抽汽管道連接。
2.按權利要求1所述的太陽能集熱儲能回熱加熱裝置，其特徵在於換熱器(17)的工質輸出端可通過第1、2切換閥(21、22)與火力發電機組(A)的第2 高壓加熱器(7)的回熱抽汽管道、第1低熱加熱器(11)的回熱抽汽管道連接。
3.按權利要求1所述的太陽能集熱儲能回熱加熱裝置，其特徵在於換熱器(17)的工質輸出端可通過第1切換閥(21)與火力發電機組(A)的第2高壓加 熱器(7)的回熱抽汽管道連接。
4.按權利要求1所述的太陽能集熱儲能回熱加熱裝置，其特徵在於換熱器(17)的工質輸出端可通過第2切換閥(22)與火力發電機組(A)的第1低熱加 熱器(11)的回熱抽汽管道連接。
5.按權利要求1所述的太陽能集熱儲能回熱加熱裝置，其特徵在於所述的太陽能集熱場(19)為槽式太陽能集熱場、碟式太陽能集熱場或塔式太陽能集 熱場，採用導熱油為傳熱介質，利用太陽能集熱場(19)加熱傳熱介質後，再將傳熱介質輸 出到換熱器(17)或蓄熱器(20)中。
專利摘要本實用新型公開了一種應用於火力發電機組的太陽能集熱儲能回熱加熱裝置，屬於火力發電機組節能減排領域。本實用新型提供的太陽能集熱儲能回熱加熱裝置，與現有火力發電機組之間通過管道及閥門進行連接。所述的太陽能集熱儲能回熱加熱裝置由換熱器、油泵、太陽能集熱場、蓄熱器和換熱器前後依次閉環連接，換熱器的加熱工質輸入端與火力發電機組的給水泵中間抽頭連接；換熱器的加熱工質輸出端與火力發電機組的某級回熱抽汽管道連接。本實用新型可在不改變現有火電機組熱力系統結構的基礎上，通過適當的閥門切換操作，為某級回熱加熱器提供合乎品質的加熱蒸汽，從而停用一級汽輪機的回熱抽汽，使火電機組的發電煤耗率降低，實現火力發電機組節能減排的目標。
文檔編號F24J2/46GK201637131SQ20102016839
公開日2010年11月17日 申請日期2010年4月16日 優先權日2010年4月16日
發明者張燕平, 明廷臻, 李建蘭, 潘垣, 許國良, 黃樹紅 申請人:華中科技大學